胚胎干细胞保护染色体末端的独门秘笈
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根据癌症研究中心（Center for Cancer Research ， CCR）科学家的一项新的研究显示 ， 胚胎干细胞有一种独到的方法来保护端粒 。 端粒作为染色体两端的结构 ， 随着每次细胞分裂而缩短 。 美国国立卫生研究院（NIH）基因组遗传学实验室的Stadtman研究员Eros Lazzerini Denchi博士领导的研究团队发现 ， 在DNA受损时 ， 大多数的细胞修复暴露的端粒 ， 而胚胎干细胞与之不同 ， 胚胎干细胞启动了特殊的基因 ， 后者通常指在发育的早期发挥作用 ， 进而避开不想要的DNA修复 。 研究团队的发现来源于小鼠胚胎干细胞的研究 ， 发表在2020年11月25日的《自然》杂志（Nature） 。
通过揭示意料之外的细胞端粒保护途径 ， 新发现可能有助于解释癌细胞产生的一些生存策略 ， 癌细胞必须找到一种方法 ， 避免自然状况下端粒缩短带来的生长限制 ， 而端粒的缩短同样发生在老化的进程 。
胚胎干细胞 ， 出现在胚胎发育的早期 ， 具有一种特殊的能力 ， 几乎能够发育成为身体任何一种特定类型的细胞 。 Lazzerini Denchi和同事们首次发现细胞保护端粒的特殊途径 ， 他们观察到细胞失去TRF2蛋白也能存活 ， TRF2能结合并保护染色体的末端 。 TRF2对于数百种不同类型的细胞来说都极其重要 。 一旦失去TRF2 ， 暴露的染色体末端会启动有缺陷的DNA损伤修复通路 ， 该通路会将失去保护的染色体末端缝合在一起 。 染色体融合后的细胞失去了分裂的能力 。 但是当Lazzerini Denchi的团队移除了胚胎干细胞的TRF2 ， 染色体保留了遗传活性 ， 细胞也继续分裂增殖 。
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他说：“我们以为细胞很快会出毛病 ， 事实却恰恰相反 ， 细胞总体来说 ， 活得挺好 。 ”然而 ， 只要研究人员诱导TRF缺陷的干细胞分化并到达进一步发育的状态 ， TRF缺陷的干细胞就会表现得与其他TRF缺陷的细胞一样：染色体融合 ， 细胞迅速死亡 。
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团队的博士后Marta Markiewicz-Potoczny领导了随后的实验 ， 研究人员发现 ， 如果去除TRF2并使得端粒失去保护 ， 胚胎干细胞启动一系列基因进行应对 ， 这一系列的基因通常只会在受精后短暂地启动 ， 那时一个胚胎只由两个细胞构成 。 Lazzerini Denchi说：“一旦我们把端粒弄得一团糟 ， 胚胎干细胞就会开始表达一些基因 ， 这些基因通常在胚胎形成很早的时候表达 。 这些基因通常在胚胎干细胞和其他任何细胞中都处于关闭状态 ， 但在这种情况下 ， 这些基因更多地被表达 。 ”
这一反应似乎是TRF缺陷的细胞增殖能力的关键 。 在成体细胞中 ， 细胞分裂会逐渐导致端粒缩短 ， 然而 ， 端粒序列在发育早期时会被持续地延长 。 研究人员说 ， 通过激活发育早期表达的基因 ， 胚胎干细胞有可能延长暴露在外的端粒 ， 而非激活DNA损伤反应 。
研究团队的实验表明 ， ZSCAN4作为控制发育的基因之一 ， 可能是胚胎干细胞保护端粒末端的一个关键组成 。 ZSCAN4有时在癌细胞中被激活 ， 可能帮助癌细胞逃避端粒缩短对正常生长的限制 。
翻译：陈振翀
审校：巢栩嘉
【胚胎干细胞保护染色体末端的独门秘笈】
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